KR102071725B1 - 블록-공중합체의 식각 - Google Patents

블록-공중합체의 식각 Download PDF

Info

Publication number
KR102071725B1
KR102071725B1 KR1020130117961A KR20130117961A KR102071725B1 KR 102071725 B1 KR102071725 B1 KR 102071725B1 KR 1020130117961 A KR1020130117961 A KR 1020130117961A KR 20130117961 A KR20130117961 A KR 20130117961A KR 102071725 B1 KR102071725 B1 KR 102071725B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
block
copolymer
plasma
plasma etch
etching
Prior art date
Application number
KR1020130117961A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140043694A (ko
Inventor
분 테이크 찬
시게루 타하라
Original Assignee
아이엠이씨 브이제트더블유
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아이엠이씨 브이제트더블유, 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 filed Critical 아이엠이씨 브이제트더블유
Publication of KR20140043694A publication Critical patent/KR20140043694A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102071725B1 publication Critical patent/KR102071725B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H01L21/30655—Plasma etching; Reactive-ion etching comprising alternated and repeated etching and passivation steps, e.g. Bosch process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00031—Regular or irregular arrays of nanoscale structures, e.g. etch mask layer
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법(10)에 관한 것이다. 이 방법은 상호간에 상이한 내식각성을 가지는 최소 둘의 고분자 성분을 포함하는 자기-조직화 블록-공중합체 레이어를 수득(12)하는 단계, 및 실질적으로 박리 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제1 플라스마 식각(14), 및 제1 고분자 상을 선택적으로 제거하기 위하여 순수한 비활성 기체 또는 비활성 기체의 혼합물로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제2 플라스마 식각(16) 각각을 최소 한 번 적용하는 단계를 포함한다. 대응하는 중간 생성물이 또한 설명된다.

Description

블록-공중합체의 식각 {ETCHING OF BLOCK-COPOLYMERS}
본 발명은 나노리소그래피, 예를 들어 반도체 집적 회로 또는 나노전자기계 시스템(nanoelectromechanical system)의 제조를 위한 나노리소그래피 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 자기조립된(self-assembled) 블록-공중합체 물질의 식각을 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서, 집적 회로 및 나노전자기계 시스템에서 더 큰 컴포넌트(component) 밀도 및 더 작은, 예를 들어 나노규모의, 구조물을 달성하려는 요구가 존재한다. 반도체 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 기술은 전형적으로 디바이스 구조물의 패턴(pattern)을 레지스트(resist) 레이어(layer)에 적용하는 것, 그리고 레지스트 레이어의 패턴에 의하여 노출된 기판을 선택적으로 식각하는 것을 포함한다. 추가 가공 단계에서, 다른 물질이 식각된 영역에 증착되어, 예를 들어, 집적 회로를 형성할 수 있다.
종래의 포토리소그래피에서 패턴 마스크(mask)는 빛에 의하여 광민감성 고분자 레지스트에 투사된다. 그러나, 이 접근법의 해상도는 회절에 의하여 본질적으로 제한된다. 대안으로, 패턴이 또한 전자 빔 리소그래피, 이온 빔 리소그래피 또는 x-선 리소그래피에서와 같이, 상이한 복사 품질(radiative quality)의 에너지파에 의하여 적절한 레지스트 레이어에 전사될 수 있다. 그러나 그러한 리소그래피 방법으로써, 허용 가능한 비용 및 산업적으로 허용 가능한 처리량으로 나노규모의 구조물을 제조하는 것이 여전히 어렵다.
블록-공중합체의 유도 자기조립(directied self-assembly, DSA)은 나노리소그래피에 대한 새로운 대안의 접근법이다. 블록-공중합체는 공유결합에 의하여 상호연결된 화학적으로 상이한 고분자 블록으로 이루어진다. 화학적으로 상이한 고분자 블록은 미세상 분리(microphase seperation)를 겪는데, 이는 상이한 고분자 사슬 사이의 반발에 의하여 유도되어, 주기적(periodic) 나노구조물 중의 균질 도메인이 어닐링(annealing) 후 형성된다. 예를 들어, 그러한 주기적 구조물은 육각형으로 패킹(packing)된 실린더, 구, 나선형 구조물 또는 박막을 포함할 수 있다. 형성된 구조물의 유형은 상이한 고분자 블록 길이의 비율을 조정하여 또한 제어 가능하다. 그러나 블록-공중합체 물질은 배향 제어 기술에 의하여 억제되지 않을 경우 무작위 배향 및 불량한 장범위 규칙성(long-range order) 특징을 나타낼 수 있다. 그러한 기술, 예를 들어 그래포에피택시(graphoepitaxy) 또는 화학적 에피택시(chemical epitaxy)가, 블록-공중합체 물질에서 도메인의 형성을 선택적으로 지시한다. 추후의 한 고분자 유형의 선택적 제거를 통하여, 패턴화된 갭(gap)의 구조물이 형성되고 이는 아래의 기판 위의 레지스트 레이어로서 사용될 수 있어, 5 nm 내지 50 nm의 범위의 규모로 피처(feature) 패턴화를 가능하게 한다.
DSA에서, 프리-패턴(pre-pattern)이 기판에 도포되어 블록-공중합체 물질이 여기에 도포될 때 이의 배향을 지시할 수 있다. 이 프리-패턴은 주파수 체배(frequency multiplication)를 달성하기 위하여 사용될 수 있는데, 예를 들어 프리-패턴보다 더 높은 공간 주파수(spatial frequency)의 크로스-바 구조물 또는 라인 패턴을 생성하여, 최종 인쇄된 구조물의 피치(pitch)를 증가시킨다. 그러므로, 진보된 규모 축소 패턴화가 14 nm보다 작은 패턴 피처로 DSA에 의하여 달성될 수 있다. 더욱이, DSA는 예를 들어 프리-패턴 수축 및 수정에 의하여 원래 프린트의 균일성 증가 및 결함 복구에 사용될 수 있다. 예를 들어, EUV 리소그래피와 조합으로, 임계 치수(critical dimension, CD)의 국지적 변화에 의하여 부여된 한계가 극복될 수 있는데, 이는, 예를 들어, 소형 컨택트 피처 제조에 유리할 수 있다.
DSA에서 식각에 의하여 한 고분자 유형을 선택적으로 제거하기 위하여, 아르곤-산소(Ar/O2) 플라스마가 당해 분야에 공지인 DSA BCP 식각 방법에 따라 사용될 수 있다. 고분자 성분 간의 더 높은 선택도를 달성하기 위하여, 예를 들어 폴리스티렌-블록-폴리메틸메타크릴레이트(PS-b-PMMA) 블록-공중합체에서 폴리스티렌 구조물을 실질적으로 영향받지 않은 채로 남기면서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 효과적으로 제거하기 위하여 Ar/O2 기체 혼합물에서 O2 농도를 감소시는 것이 공지일 수 있다. 예를 들어, 바이어스(bias) 없이 실질적으로 순수한 Ar 플라스마에 있어서, 최대 8의 PS/PMMA 선택도가 달성될 수 있다. Ar/O2 플라스마에 10% O2를 도입하는 것에 의하여, 선택도가 예를 들어 2까지 감소될 수 있다. 불행하게도, 예를 들어 아르곤 식각 후 PS-b-PMMA BCP 레이어의 포토그래픽 재생을 나타내는 도 4에 나타나는 바와 같이, 첨가된 산소가 없는 아르곤 플라스마가 허용 가능한 PMMA 식각을 일으킬 수 없음이 또한 공지이다.
보호성 피복 레이어를, 예를 들어 CH3F 또는 SiCl4를 이용하여, 폴리스티렌의 상부에 제공하여 식각 특이성(specificity)을 개선하는 것이 당해 분야에 공지이다. 예를 들어, 국제출원 WO 2012/031818에서, 제1 선택적 식각이 고분자 도메인 중 하나의 두께 감소를 위하여 사용되고, 평탄화 레이어가 블록-공중합체 물질 상에 증착되는데, 이는 추후 캡(cap)이 감소된 두께를 가지는 고분자 도메인 상에 남도록 식각된다. 이러한 캡은 최종 식각 단계 동안 아래의 물질을 보호한다.
발명의 요약
자기조립된 블록-공중합체 물질의 우수한 건식 식각을 제공하는 것이 본 발명의 구체예의 목적이다.
높은 식각 특이성이 달성되는 것이 본 발명의 구체예의 장점인데, 예를 들면 적어도 1 내지 3의 제1 고분자와 제2 고분자 간의 비율이다. 고분자 중 하나의 높이가 다른 고분자가 식각될 때 실질적으로 덜 감소되거나 심지어 실질적으로 감소되지 않은 채로 유지되는 것이 본 발명의 구체예의 추가적인 장점이다. 예를 들어, 예를 들어 폴리스티렌/PMMA 블록-공중합체 물질에 있어서, PS-b-PMMA 레이어에서 폴리스티렌 패턴이 PMMA 고분자 블록이 식각될 때 실질적으로 덜 감소되거나 심지어 실질적으로 감소되지 않은 채로 유지되는 것이 본 발명의 구체예의 장점이다.
블록-공중합체 레이어에서 조립된 패턴이 종래의 Ar/O2 식각과 비교하여, 식각 시 더 곧은 프로파일을 유지하는 것이 본 발명의 구체예의 장점이다. PS-b-PMMA 레이어에서 폴리스티렌 고분자 블록 패턴이 종래의 Ar/O2 식각과 비교하여 PMMA 고분자 블록을 식각할 때 더 곧은 프로파일을 유지하는 것이 본 발명의 구체예의 또 다른 장점이다. 식각 패시팅(faceting)의 양이 적을 수 있는데, 예를 들어 종래의 Ar/O2 식각과 비교하여 감소되는 것이 본 발명에 따른 구체예의 장점이다.
폴리스티렌 물질을 실질적으로 덜 영향받거나 심지어 영향받지 않게 남기면서 PMMA 물질이 PS-b-PMMA 블록-공중합체로부터 효과적으로 제거되는 것이 본 발명의 구체예의 장점이다. 따라서 폴리스티렌 구조물 높이가 남아 있는 패턴 전사에 대하여 가능한 한 많이 유지됨이 본 발명의 구체예의 장점이다.
상기 목적은 본 발명에 따른 방법 및 디바이스에 의하여 이루어진다.
본 발명은 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 기판 상에 자기-조직화 블록-공중합체 레이어를 수득하는 단계, 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 상호간에 상이한 내식각성을 가지는 최소 둘의 고분자 성분을 포함하고, 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 또한 상기 최소 둘의 고분자 성분의 미세상 분리에 의하여 형성된 공중합체 패턴 구조물을 포함함,
- 다음 각각을 최소 한 번 적용하는 단계
- 박리(ashing) 기체를 포함하는 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제1 플라스마 식각,
- 제1 고분자 상을 선택적으로 제거하기 위하여 실질적으로 순수한 비활성 기체 또는 비활성 기체의 혼합물로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제2 플라스마 식각.
상기 제2 플라스마 식각 적용은 제1 플라스마 식각의 플라스마 식각 스퍼터링 전력 이하의 플라스마 식각 스퍼터링 전력에서 수행될 수 있고 및/또는 상기 제2 플라스마 식각 적용은 제1 플라스마 식각의 플라스마 식각 기체 압력 이하의 플라스마 식각 기체 압력에서 수행된다.
박리 기체는 산소일 수 있다.
제1 플라스마 식각 단계는 제2 플라스마 식각 단계의 적용 전에 최소 한 번 적용될 수 있다.
제2 플라스마 식각 단계는 제1 플라스마 식각 단계의 적용 전에 최소 한 번 적용될 수 있다.
상기 제1 플라스마 식각 및 상기 제2 플라스마 식각 수행은 상기 제1 플라스마 식각 및 상기 제2 플라스마 식각을 최소 한 번 교대로 반복하는 것을 포함할 수 있다.
상기 실질적으로 순수한 비활성 기체는 아르곤일 수 있다.
상기 레이어의 제1 플라스마 식각 수행은 아르곤-산소 기체 혼합물로부터 형성된 플라스마 이용을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 기판에 프리-마스크(pre-mask) 패턴을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 프리-마스크 패턴은 상기 공중합체 패턴 구조물 정렬을 위한 복수의 가이드(guide)를 포함한다.
상기 공중합체 패턴 구조물은 블록 공중합체 레이어를 어닐링하여 형성될 수 있다.
상기 블록-공중합체는 서로 공유적으로 결합된 두 유형의 고분자 사슬을 포함하는 디-블록 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 디-블록 공중합체는 폴리스티렌-폴리이소부텐, 폴리스티렌-이소프렌, 폴리디메틸실록산-폴리이소부텐, 폴리스티렌-폴리에틸렌 옥사이드, 폴리스티렌-폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-폴리(시아노바이페닐옥시)헥실 메타크릴레이트, 폴리스티렌-폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌-폴리메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드-폴리비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리비닐피리딘, 또는 폴리이소프렌-폴리하이드록시스티렌을 포함할 수 있다.
상기 블록 공중합체는 두 유형의 고분자 사슬 A, B가 A-B-A 형태로 결합되거나 세 유형의 고분자 사슬 A, B, C가 A-B-C 형태로 결합된 트리블록 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 방법은 또한 레지스트 마스크로서 블록 공중합체 레이어로부터 상기 제1 고분자 성분을 식각한 후 남아 있는 고분자 성분 또는 성분들을 이용하는 기판 식각 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 기판에 제공된 고분자 패턴 구조물을 포함하는 부분적으로 제작된 집적 회로에 관한 것이고, 상기 고분자 패턴 구조물은 블록-공중합체 레이어이며 여기서 최소 하나의 고분자 성분이 식각되고, 상기 고분자 패턴은 50nm 미만, 유리하게는 20nm 미만, 더욱 유리하게는 16nm 미만의 하프 피치(half pitch)를 가진다.
본 발명의 특정하고 바람직한 양태가 첨부하는 독립청구항 및 종속청구항에 제시된다. 종속청구항의 특징은 독립청구항의 특징 및 다른 종속청구항의 특징과 청구항에 명시적으로 제시된 바 뿐만 아니라 적절하게 조합될 수 있다.
이를 비롯한 본 발명의 다른 양태가 이후 설명되는 구체예(들)에 관하여 명백해지고 해명될 것이다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따른 대표적인 방법을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 구체예에 따른 방법에서 사용하기 위한 자기조립된 디-블록 공중합체 레이어를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따른 방법을 이용하여 한 고분자 성분을 식각 한 후 자기조립된 디-블록 공중합체 레이어를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 구체예의 대표적인 방법의 Ar 스퍼터링 단계 동안 보호 레이어의 형성을 나타낸다.
도 5는 순수한 아르곤 플라스마를 사용한 식각 후 블록-공중합체 레이어의 포토그래픽 재생을 나타낸다.
도 6은 선행 기술의 단일-단계 Ar/O2 혼합물 플라스마 식각 방법에 의하여 수득된 PS-b-PMMA 레이어의 사진을 나타낸다.
도 7은 선행 기술의 단일-단계 Ar/O2 혼합물 플라스마 식각 방법을 이용하여 식각된 PS-b-PMMA 레이어를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 구체예에 따른 방법에 의하여 식각된 PS-b-PMMA 레이어를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 구체예에 따른 방법을 이용하여 식각된 PS-b-PMMA 레이어의 추가적인 예를 나타낸다.
도 10은 종래의 (Ar/O2) 식각 공정과 비교하여 소프트 Ar 스퍼터링에 이어서 Ar/O2 식각을 적용하는 유리한 방법의 예를 도해하고, 본 발명에 따른 유리한 구체예의 피처를 나타낸다.
도면은 단지 개략적이고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 설명의 목적을 위하여 과장되고 원래 규모로 그려지지 않을 수 있다.
청구항의 임의의 참조 기호는 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
상이한 도면에서, 동일한 참조 기호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.
본 발명은 특정 구체예에 관하여 특정 도면을 참조하여 설명될 것이지만 본 발명이 이에 제한되지 않고 단지 청구항에 의해서만 제한된다. 기재된 도면은 단지 개략적이고 비제한적이다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 설명의 목적을 위하여 과장되고 원래 규모로 그려지지 않을 수 있다. 치수 및 상대 치수는 사실상의 발명의 완성에 대응하지 않는다.
또한, 상세한 설명 및 청구항에서 용어 제1, 제2 등은 유사한 요소 간의 구분을 위하여 사용되고 시간적으로, 공간적으로 순위를 매기거나 다른 어떤 방식으로도 순서를 설명할 필요가 없다. 이렇게 사용된 용어가 적절한 상황하에 상호교환적이고 본 명세서에 설명된 발명의 구체예가 본 명세서에 설명되거나 예시된 것 이외의 다른 순서로 조작될 수 있음이 이해되어야 한다.
더욱이, 상세한 설명 및 청구항에서 용어 상부(top), 하부(under) 등은 묘사적 목적을 위하여 사용되고 상대적 위치를 설명할 필요가 없다. 이렇게 사용된 용어가 적절한 상황하에 상호교환적이고 본 명세서에 설명된 발명의 구체예가 본 명세서에 설명되거나 예시된 것 이외의 다른 방향으로 조작될 수 있음이 이해되어야 한다.
청구항에서 사용되는 용어 "포함하는(comprising)"은 나열된 수단에 제한되는 것으로 해석되어서는 안되고; 다른 요소 또는 단계를 배재하지 않음에 유념해야 한다. 따라서 명시된 특징, 정수, 단계 또는 구성요소의 존재를 상술하는 것이 언급하는 것으로 해석되어야 하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계 또는 구성요소, 또는 이의 그룹의 존재 또는 첨가를 배제하지 않는다. 따라서, 표현 "수단 A 및 B를 포함하는 장치"의 범위는 단지 구성요소 A 및 B로만 이루어진 장치로 제한되어서는 안된다. 이는 본 발명에 관하여, 장치의 유일한 관련 구성요소가 A 및 B임을 의미한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "한 구체예" 또는 "구체예"에 대한 언급은 구체예와 관련하여 기재된 특정한 특징, 구조 또는 특질이 본 발명의 적어도 하나의 구체예에에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서에 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 어구 "한 구체예에서" 또는 "구체예에서"의 출현은 모두 동일한 구체예를 지칭할 필요가 없지만, 그럴 수도 있다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특질이 임의의 적절한 방식으로, 하나 이상의 구체예에서 본 개시로부터 당해 분야의 숙련가에게 명백할 것과 같이 조합될 수 있다.
유사하게 본 발명의 대표적인 구체예의 설명에서, 본 발명의 다양한 특징이 때로는 개시를 간소하고 하나 이상의 다양한 발명의 양태의 이해를 도울 목적으로 단일 구체예, 도면, 또는 이의 설명으로 그룹화됨이 인지되어야 한다. 이 개시 방법은, 그러나 청구된 발명이 각 청구항에 분명히 인용된 것 보다 많은 특징을 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 다음의 청구항이 반영하는 바와 같이, 발명의 양태가 앞서 말한 개시된 구체예의 모든 특징 이내에 있다. 따라서, 상세한 설명 다음의 청구항이 상세한 설명에 분명히 포함되고, 각 청구항은 본 발명의 개별적인 구체예로서 독립적으로 존재한다.
또한, 본 명세서에 기재된 일부 구체예가 다른 구체예에 포함된 다른 특징을 포함하지 않더라도, 당해 분야의 숙련가가 이해할 것과 같이 상이한 구체예의 특징의 조합이 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들어, 다음 청구항에서, 임의의 청구된 구체예가 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 제공된 설명에서, 다양한 구체적인 수치 세부사항이 제시된다. 그러나 본 발명의 구체예가 이러한 세부사항 없이 실시될 수 있음이 이해된다. 다른 예에서, 공지의 방법, 구조 및 기술이 본 설명의 이해를 불명료하게 하지 않도록 상세하게 나타나지 않는다.
본 발명의 구체예에서 "블록-공중합체"가 언급될 경우, 둘 이상의 화학적으로 상이한 고분자 블록을 가지는 고분자, 예를 들어 디-블록, 트리-블록, 별형(star), 빗형(comb) 또는 제어된 구조를 가지는 다른 고분자가 지칭된다. 블록은 전형적으로 상이한 화학적 특성, 예컨대 친수성도 또는 소수성도를 가질 수 있다. 블록은 전형적으로 온도 범위에 걸쳐, 상호간에 비혼화성, 또는 부분적으로 혼화성일 수 있어, 예를 들어 개별적인 미세상 도메인의 형성을 허용하여, 자기조립을 가능하게 한다. 자기조립은 상이한 고분자 블록 간의 화학적 차이, 예를 들어 친수성/소수성 불균형에 기반할 수 있다. 그러한 블록-공중합체는 당해 분야에 공지인 방법에 의하여, 예를 들어 원자 이동 라디칼 중합, 가역적 첨가 분절 사슬 이동 중합, 니트록사이드-매개 중합, 붕소-매개 중합 또는 촉매적 사슬 이동 중합에 의하여 수득될 수 있다.
본 발명의 구체예에서 "어닐링"이 언급될 경우, 블록-공중합체 물질에서 미세상 분리에 의한 구조의 자기조립을 허용하는 공정이 지칭된다.
본 발명의 구체예에서 박리 기체가 언급될 경우, 이에 한정되지 않지만 예를 들어 O2, CO2, SO2, NO2, N2O, N2/O2 또는 H2/N2 기체 혼합물과 같은 포토레지스트 제거를 위해 공지인 임의의 기체가 지칭된다. 그러한 박리 기체는 비활성 (예를 들어 Ar) 운반 기체/희석제와 혼합될 수 있다.
첫 번째 양태에서, 본 발명은 블록 공중합체 리소그래피를 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 자기-조직화 블록-공중합체 레이어를 가지는 기판을 수득하는 단계를 포함한다. 이 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 프리-마스크 패턴 간에 상이한 내식각성을 가지는 최소 둘의 고분자 성분을 포함한다. 자기-조직화 블록-공중합체 레이어 또한 최소 둘의 고분자 성분의 미세상 분리에 의하여 형성된 공중합체 패턴 구조물을 포함한다. 상기 방법은 제1 고분자 상을 선택적으로 제거하기 위하여 최소한 박리 기체를 포함하는 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제1 플라스마 식각(14), 및 실질적으로 순수한 비활성 기체 또는 비활성 기체의 혼합물로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제2 플라스마 식각(16) 각각을 최소 한 번 적용하는 것을 추가로 포함한다. 제2 플라스마 식각은 또한 본 명세서에서 소프트 스퍼터 단계로 지칭된다. 제2 플라스마 식각 동안 반응성 기체가 사용되지 않는다. 그러므로 실질적으로 순수한 비활성 기체 또는 비활성 기체의 혼합물의 존재에서 제2 플라스마 식각은 스퍼터링 공정이다. 플라스마 식각 단계가 수행되는 순서가 처음의 제1 플라스마 식각에 이어서 제2 플라스마 식각 또는 처음의 제2 플라스마 식각에 이어서 제1 플라스마 식각일 수 있기는 하지만, 식각 공정을 최소한 박리 기체를 포함하는 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 플라스마 식각 단계로 개시하는 것이 유리함이 밝혀졌다. 식각 단계의 순서는 따라서 유리하게는 도 1에 나타난 것과 같을 수 있지만, 일부 구체예에서 또한 역전될 수 있다. 즉, 제1 식각 단계 14 전에 제2 식각 단계 16이 유리하게 초기에 수행된다. 이에 의한 제1 플라스마 식각은 제2 플라스마 식각의 플라스마 식각 스퍼터링 전력이 제1 플라스마 식각의 플라스마 식각 스퍼터링 전력 이하이고 및/또는 제2 플라스마 식각의 플라스마 식각 기체 압력이 제1 플라스마 식각의 플라스마 식각 기체 압력 이하인 방식으로 수행된다.
어느 식각 단계에서도 증착 기체(예컨대 C-함유 기체)가 사용되지 않음에 유념해야 한다.
예로서, 이에 제한되지 않는 본 발명의 구체예에서, 상기 방법은 이제 식각 방법에 대한 표준 및 선택적 단계를 도해하는 도 1에 관하여 추가로 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 구체예에 따른 블록-공중합체 리소그래피를 위한 대표적인 방법 10, 예를 들어 기판에 제공된 블록-공중합체 레이어를 가지는 기판을 식각하기 위한 방법이 나타난다. 그러한 방법은, 예를 들어 트랜지스터 크기 및 스페이싱을 감소시기고 및/또는 작은 크기의 피처에서의 결함을 수정하는 수단으로서 집적 회로 분야에서 유용할 수 있다. 따라서, 100 nm보다 작은 피처, 예를 들어 50 nm보다 작은 피처, 예를 들어 20 nm보다 작은 피처, 예를 들어 16 nm보다 작은 피처, 또는 14 nm의 피처, 또는 10 nm보다 작은 피처, 예를 들어 5 nm가 본 발명의 구체예에 따른 방법의 적용에 의하여 집적 회로에서 달성될 수 있다.
이 방법(10)은 기판 상의, 예를 들어, 반도체 기판, 예컨대 실리콘 기판, 또는 실리시운 다이옥사이드 기판 상의 자기-조직화 블록-공중합체 레이어를 수득하는 단계(12)를 포함한다. 이 기판은 적층된 구조물, 예를 들어 실리콘-절연체-실리콘 구조물일 수 있고, 및/또는 이전의 가공 단계에 의하여 기판에 제공된 구조물을 가질 수 있다. 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 상호간에 상이한 내식각성을 가지는 최소 둘의 고분자 성분을 포함한다. 예를 들어, 사슬 말단에서 공유 결합에 의하여 연결된 둘 이상의 화학적으로 상이한 동종중합체 블록으로 이루어진 고분자 조성물이, 예를 들어 브러싱(brushing), 롤링(rolling), 스프레잉(spraying), 잉크젯(inkjet) 도포 또는 스핀-코팅(spin-coating)에 의하여 기판에 코팅될 수 있다. 고분자 조성물은 또한 첨가제, 예를 들어 접착제, 접착 촉진데 및/또는 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 서로 공유적으로 결합된 두 유형의 고분자 사슬을 포함하는 디-블록 공중합체 조성물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 그러한 디-블록 공중합체는 폴리스티렌-폴리이소부텐, 폴리스티렌-이소프렌, 폴리디메틸실록산-폴리이소부텐, 폴리스티렌-폴리에틸렌 옥사이드, 폴리스티렌-폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-폴리(시아노바이페닐옥시)헥실 메타크릴레이트, 폴리스티렌-폴리메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드-폴리비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리비닐피리딘, 또는 폴리이소프렌-폴리하이드록시스티렌을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 그러한 디-블록 공중합체는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 사슬에 공유적으로 결합된 폴리스티렌(PS) 사슬을 포함할 수 있고, 여기서 폴리스티렌 및 PMMA는 아르곤 플라스마를 사용하는 건식 식각에 대하여 유리한 내식각성 비율을 가진다. 대안으로, 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 예를 들어 두 유형의 고분자 사슬 A, B가 A-B-A 형태로 결합되거나 세 유형의 고분자 사슬 A, B, C가 B-C 형태로 결합된 트리-블록 공중합체 조성물로부터 형성될 수 있다.
자기-조직화 블록-공중합체 레이어 또한 최소 둘의 고분자 성분의 미세상 분리에 의하여 형성된 공중합체 패턴 구조물을 가진다. 예를 들어, 기판에 코팅된 고분자 조성물은, 예를 들어 유리-전이 또는 용융 온도보다 높은 온도에서 어닐링될 수 있고, 그 동안 고분자 조성물의 성분이 구조화된 도메인으로 자기조립되어, 공중합체 패턴 구조물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 열적 어닐링이 조성물의 최소 하나의 고분자 성분의 유리 전이 또는 용융 온도의 가장 낮은 값 위의 온도에서 사용될 수 있다. 어닐링 시간은 자기조립을 허용하도록 선택될 수 있고, 0.01 시간 내지 300 시간, 바람직하게는 0.1 시간 내지 24 시간의 범위에 있을 수 있다.
블록-공중합체 중의 각 블록의 적절한 총 사슬 길이 및 분자량을 선택하여, 예를 들어 적절한 당해 분야에 공지인 플로리 허긴스 파라미터(Flory Huggins parameter)를 선택하여, 예를 들어 블록-공중합체 레이어에서 박막, 실린더 또는 구를 생성하기 위하여, 이러한 공중합체 패턴 구조물의 형태가 조정될 수 있다. 블록-공중합체의 분자량은, 예를 들어, 블록의 말단-말단 거리가 의도된 패턴의 가장 작은 피처와 동등하도록 선택될 수 있다. 바람직한 분자량은, 예를 들어, 200 내지 1000000 g/mol, 예를 들어 2000 내지 100000 g/mol 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 구체예에서, 방법(10)은 기판 상에 프리-마스크 패턴을 제공하는 단계(18)을 포함할 수 있다. 그러한 프리-마스크 패턴은 공중합체 패턴 구조물 정렬을 위한 복수의 가이드를 포함할 수 있다. 이 복수의 가이드는 물리적 또는 화학적 특성의 국지적 차이, 예를 들어 친수성의 국지적 차이에 의하여 형성될 수 있다. 프리-마스크는 당해 분야에 공지인 방법에 의하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 그래포에피택시 방법이 기판 상의 양각 구조물을 새기도록 사용될 수 있어, 그렇게 형성된 낮은 공간 주파수 패턴이 높은 공간 주파수 블록 공중합체 패턴을 제약하고 정렬하도록 사용될 수 있다. 유사하게, 케모-에피택시 방법이 화학적 특성, 예를 들어 친수성의 국지적 차이가 이러한 패턴을 따라 BCP에서 고분자 성분의 바람직한 정렬을 유발하는 기판 상에 패턴을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 공중합체 패턴 구조물의 정렬이 프리-마스크 패턴에 대한 한 상 성분의 선호적인 끌림에 기초할 수 있고, 예를 들어 상 성분의 상이한 화학적 특성, 예컨대 친수성/소수성 차이에 기초할 수 있다. 따라서, 프리-마스크 패턴의 복제가 공중합체 패턴 구조물에서 달성될 수 있고, 예를 들면 기판 근처에서 프리-마스크 패턴의 공간 주파수 체배이다. 선택적으로, 예를 들어 기판으로부터 제거된 측면으로부터 출발하여, 블록-공중합체 레이어의 상부 부분이, 이 패턴 복제가 프리-마스크로부터 벗어날 수 있는 영역을 제거하기 위하여, 예를 들어 균일한, 예를 들어 비선택적인, 식각, 절삭 및 연마 단계에 의하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 기판, 예를 들어 실리콘 기판(23) 상에 제공된 레이어(22)에 기록된 층상 공중합체 패턴 구조물을 가지는 어닐링 후의 블록-고분자 레이어(21)를 도시한다. 레이어(22)는 프리마스크 패턴을 포함할 수 있다. 더욱이, 레이어(22)는 예를 들어 약 50% 폴리스티렌 및 약 50% PMMA의 혼합물일 수 있는 중립 레이어(NUL)를 포함할 수 있다. 프리마스크(22')를 생성하는 방법은 당해 분야의 숙련가에게 공지이고 예를 들어 SPIE Advanced Lithography에서 2012년 2월 간행된 Somervell 등의 "Comparison of Directed Self-Assembly Integrations"에 기재된 바와 같이 생성될 수 있다. 예로서, 프리마스크 패턴(22') 및 중립 레이어(22")가 도 2 및 도 3에 나타난다. 예를 들어, 블록-고분자 레이어(21)가 제1 고분자 성분, 예를 들어 폴리스티렌 24 및 제2 고분자 성분, 예를 들어 PMMA 25의 교대하는 블록 도메인을 포함할 수 있다. 도 3은 제2 고분자 성분, 예를 들어 PMMA 25를 식각한 후 블록 고분자 레이어(21)를 도시한다.
방법(10)은 제1 플라스마 식각(14) 및 제2 플라스마 식각(16) 각각을 최소 한 번 수행하는 것을 추가로 포함한다. 제1 플라스마 식각 또는 제2 플라스마 식각이 초기 식각 단계로서 수행될 수 있고, 이에 의하여 다른 플라스마 식각 단계가 그 후에 적용됨에 유념해야 한다. 이에 의한 제1 플라스마 식각(14)은 박리 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 플라스마 식각이다. 그러한 박리 기체는 임의의 적절한 박리 기체일 수 있다. 사용될 수 있는 박리 기체의 한 예는 산소이다. 일부 구체예에서, 박리가 지나치게 빨리 일어나는 것을 막기 위하여, 박리 기체가 50% 미만, 유리하게는 20% 미만, 더욱 유리하게는 10% 미만의 농도로 존재할 수 있다. 이러한 제1 플라스마는 한 예에서 비활성 기체 및 산소의 혼합물, 예를 들어 제2 플라스마 식각(16)에서 사용된 것과 동일한 비활성 기체 및 산소의 혼합물로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 제1 플라스마는 95% 아르곤 및 5% 산소로부터 형성될 수 있다. 명백하게, 그러한 혼합물은 중요한 방식으로 식각에 영향을 미치지 않는 것으로 공지인 미량의 다른 원소 또는 소량의 분자를 함유할 수 있다. 제1 플라스마 식각(14)은 반응성 이온 식각 단계를 포함할 수 있다.
이에 의한 제2 플라스마 식각(16)은 제1 고분자 상을 선택적으로 제거하기 위한 실질적으로 순수한 비활성 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 플라스마 식각이다. 실질적으로 순수한은 단지 무시 가능한 양의 불순물을 함유하는 기체 혼합물을 지칭하고, 비록 그러한 혼합물이 중요한 방식으로 플라스마 식각에 영향을 미치지 않는 것으로 공지인 미량의 원소 또는 소량의 분자를 함유하지는 하지만, 우선적으로 순수한 것으로 간주되어야 한다. 비활성 기체는 블록-공중합체 물질 및 이의 구성성분과 화학 반응을 겪지 않거나 단지 무시 가능한 정도로 겪는 기체를 지칭한다. 예를 들어, 영족 기체(noble gas) 및 질소는 유기 화합물과 반응하지 않거나 단지 약하게 반응할 수 있다. 이러한 제2 플라스마 식각(16)은 스퍼터링 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아르곤 (Ar) 플라스마는 한 고분자 성분, 예를 들어 PMMA에 대응하는 물질을 선택적으로 제거하면서, 다른 고분자 성분, 예를 들어 폴리스티렌에 형성된 공중합체 패턴 구조물을 대신 남기기 위하여 사용될 수 있다. 공중합체가 둘 이상의 성분을 포함할 경우, 이러한 비활성 기체를 사용하는 식각에 대한 내식각성이 삼차원 구조물이, 예를 들어 제1 성분을 상당히 식각하고, 식각 제2 성분을 더 적은 정도로 식각하고, 제3 성분을 덜 영향받도록 하여, 식각에 의하여 형성될 수 있도록 이러한 성분에 대하여 상이할 수 있다.
예를 들어, 폴리스티렌-블록-폴리(메틸메타크릴레이트) 레이어(PS-b-PMMA)에 있어서, 아르곤 플라스마가 폴리스티렌 패턴 구조물을 파괴하지 않고 PMMA를 제거할 수 있다. 예를 들어, 바이어스가 없는 아르곤 플라스마를 사용하는 건식 식각 단계가 예를 들어 8의 PMMA 대 PS 선택도를 달성할 수 있다.
앞에서 나타낸 바와 같이, 초기 식각 단계는 제1 플라스마 식각 단계 또는 제2 플라스마 식각 단계일 수 있고, 이러한 단계들은 반복적으로 그리고 교대로 수행될 수 있다. 제1 플라스마 식각(14) 수행 및 제2 플라스마 식각(16) 수행 단계는 최소 한 번 반복될 수 있고, 예를 들어 고분자 상에 상응하는 실질적으로 모든 물질이 제거될 때까지 반복될 수 있다. 예를 들어, Ar 플라스마 및 Ar/O2 플라스마 간의 전환은 직선 프로파일을 가지는 폴리스티렌 구조물을 유지하면서 실질적으로 모든 PMMA 물질이 제거될 때까지 약간의 사이클, 예를 들어 2 사이클 또는 10 이하의 사이클을 필요로 할 수 있다. 식각(14 및 16)의 단일 적용이 충분할 수 있기는 하지만, 다중 사이클에서 이러한 단계들을 교대로 하는 것이 유리할 수 있다. 후자는 더 두꺼운 PMMA 레이어기 사용될 경우 특히 유리하다. 예로서, 본 실시예에 설명되는 것과 같은 Ar 스퍼터링 단계 동안의 폴리스티렌의 상부에서 보호 레이어의 형성이 도 4에 도시된다.
이러한 제1 플라스마 식각(14)이 제2 식각 단계(16)로부터 식각 잔류물을 제거할 수 있는 것이 적어도 일부의 본 발명의 구체예의 장점이고, 예를 들어 PS-b-PMMA 레이어에서, 폴리스티렌 상에 스퍼터링되거나 재증착된 비휘발성 PMMA 식각 잔류물이 산소 식각 단계(14)에 의하여 휘발성 물질로 전환되고 이어서 효과적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, Ar/O2 혼합물 플라스마를 사용하는 단일-단계 식각과 비교할 경우, 특정 식각이 감소되는 것이, 예를 들어 남아 있는 고분자 성분, 예를 들어 폴리스티렌에 의하여 형성된 고분자 패턴이, 식각 후에 더 잘 보존되는 것이 또한 본 발명의 구체예에 따른 그러한 2-단계 식각(14,16) 또는 (16,14)의 장점이다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 제2 플라스마 식각 단계(16) 후에 순수한 아르곤 기체로써 수득된 PS-b-PMMA 레이어의 사진이 나타나며, 폴리스티렌 상에 축적된 식각 잔류물(30)을 나타낸다. 비록 높은 선택도가 아르곤 식각 단독에 의하여 수득될 수 있기는 하지만, 에지 및 코너의 날카로운 한정이, 예를 들어, 고해상도 반도체 제조에서 유리한 것으로 간주될 수 있기 때문에, 이러한 잔류물이 바람직하지 않다.
단순화를 위하여 PS-b-PMMA 식각의 예를 더욱 고려하면, 제2 플라스마 식각 단계(16)에서 생성된 폴리스티렌 상의 스퍼터링 및 재증착된 PMMA가 자기-마스킹 효과를 가져, 폴리스티렌을 위한 식각 감소 레이어를 제공할 수 있다. 이러한 식각 감소 레이어는 연속 (16), (14)에서 제1 플라스마 식각 단계(14) 동안 추후 제거된다. 그러므로, 더 가파른 패턴 경사 프로파일 및 더 우수한 미세 규모 구조물의 보존이 본 발명의 구체예에 따른 방법(10)에 의하여 달성될 수 있다. 예로서, 도 6은 단일-단계 Ar/O2 식각 단계를 이용하여 선행 기술의 식각 방법에 의하여 수득된 PS-b-PMMA 레이어의 사진을 나타낸다. 볼 수 있는 것과 같이, 폴리스티렌이 감소되었고 패턴의 경사 프로파일이 저하되었다.
비교를 위하여, 도 7이 Ar/O2 플라스마에 대한 21s 노출에 의하여 선행 기술의 방법을 이용하여 식각된 PS-b-PMMA 레이어를 나타내는 한편, 도 8은 연속적인 14-16-14 공정 단계: 10s Ar/O2, 10s Ar 및 10s Ar/O2 플라스마 노출에 의하여 본 발명에 따른 방법에 의하여 식각된 유사한 레이어를 나타낸다. 볼 수 있는 것과 같이, 도 8에서 레이어가 동일한 프로파일 높이에 대하여 가파른 에지 및 날카로운 피처의 더 우수한 한정을 나타내고, 이에 의하여 폴리스티렌(이후 논의될 도 10에서 또한 가시적임)에서 식각이 존재하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 구체예어서, 방법(10)은 리소그래픽 레지스트 마스크로서 블록 공중합체 레이어로부터 상기 제1 고분자 성분, 예를 들어 PMMA 물질을 식각한 후, 남아 있는 고분자 성분 또는 성분들, 예를 들어 폴리스티렌에 형성된 패턴을 이용하여 기판을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
두 번째 양태에서, 본 발명은 예를 들어 도 3에 나타나는 것과 같은 적어도 부분적으로 제작된 집적 회로(40)에 관한 것이고, 이는 기판(23)에 제공된 고분자 패턴 구조물(24)을 포함한다. 이러한 고분자 패턴 구조물은 본 발명의 첫 번째 양태에 따른 방법에 의하여 블록-공중합체 레이어(21)의 최소 하나의 고분자 성분(25)을 식각하여 수득된다. 그러한 구조물은 전형적으로 최소 하나의 고분자 성분(25)이 식각된 블록-공중합체 레이어를 포함하고, 상기 고분자 패턴은 50nm 미만, 유리하게는 20nm 미만, 더욱 유리하게는 16nm 미만의 하프 피치를 가진다.
본 발명의 구체예가 제한되지 않는 예로서, 본 발명의 구체예에 따른 식각 PMMA을 위한 소프트 아르곤 스퍼터링 및 아르곤/산소 스퍼터링의 조합을 이용하여 수득된 결과의 논의가 아래에 주어진다.
PMMA & 중립 레이어 식각이 최적화된 본 실시예에서 사용하기 위한 유도 자기조립 샘플이 케모-에피택시(chemo-epitaxy) 흐름을 이용하여 제조되었다. 30nm 두께 블록-공중합체 (PS-b-PMMA) 필름이 중립 레이어의 상부에 코팅되고 어닐링되었다. 중립 레이어(8nm)는 폴리스티렌 및 PMMA의 혼합물이었다. 블록-공중합체는 실리콘 니트라이드 기판 상부의 가교된 폴리스티렌(PS)의 가이딩(guiding) 줄무늬를 따라 자기정렬되었다. 어닐링 후, 블록-공중합체는 14nm 하프-피치 박막 PMMA/PS 라인/스페이스 구조물을 형성했다.
다른 예에서, 아르곤 및 산소의 혼합물을 이용하는 식각 단계가 조합되었고, 그 후 소프트 Ar 스퍼터 단계가 적용된다. Ar/O2 플라스마(14) 중의 식각 단계는 850 sccm Ar/60sccm O2, 75mT 내지 150mT의 플라스마 식각 기체 압력 및 70W 내지 300W의 플라스마 식각 스퍼터링 전력으로써 수행되었다. 소프트 Ar 스퍼터 단계로도 지칭되는 제2 식각 단계(16)는 70mT 내지 150mT의 플라스마 식각 기체 압력 및 약 70W 내지 300w의 플라스마 식각 스퍼터링 전력에서 약 850 sccm의 Ar 흐름으로써 수행되었다. 적용된 시간은 10 내지 20 초의 아르곤/산소 식각 단계, 및 10 내지 20 초의 아르곤 소프트 스퍼터링 단계였다. 단계들은 교대로 반복되었다. 소프트 아르곤 스퍼터링을 적용하여, 폴리스테린 높이가 식각되지 않은 채로 유지되고 표면이 더 매끄러워짐이 밝혀졌다. 유리하게도, 소프트 Ar 스퍼터링이 70W의 플라스마 식각 스퍼터링 전력 및 약 70mT의 플라스마 식각 기체 압력에서 달성될 수 있다. 연속 아르곤/산소 식각과 비교하여, 폴리스티렌은 단지 4nm 감소되었다. 도 9는 앞에서 논의된 식각 공정의 결과의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.
추가의 예로서, 본 발명의 구체예는 여기에 제한되지 않고, 앞에서 설명한 바와 같은 스퍼터 식각 공정을 이용하여 수득된 결과의 예가 나타난다. 본 예에서, 아르곤 스퍼터링 단계가 적용된 후 제1 아르곤/산소 식각 단계가 적용된다. 제1 식각 단계의 결과가 도 10의 왼쪽에서 평면도 및 횡단면도로 나타나는 한편, 추가적인 제2 식각 단계 후의 결과가 도 10의 오른쪽에서 평면도 및 횡단면도로 나타난다. 식각 단계에 사용되는 조건은 제1 식각 단계에 대하여 75mT 및 100 W에서 아르곤 및 산소의 혼합물 850 Ar/60 O2에서 10s 식각이고, 제2 식각 단계에 대하여 아르곤에서 70mT 및 75W의 전력에서 20s 스퍼터링이다. 이러한 단계들 (최종 단계가 소프트 아르곤 스퍼터링 단계의 전형적인 예임) 및 이들의 순서는 폴리스티렌에서 식각이 일어나지 않는 우수한 식각 공정을 야기한다.

Claims (16)

  1. 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법(10)에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    - 기판 상에 자기-조직화 블록-공중합체 레이어를 수득(12)하는 단계, 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 상호간에 상이한 내식각성을 가지는 최소 둘의 고분자 성분을 포함하고, 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어는 또한 상기 최소 둘의 고분자 성분의 미세상 분리에 의하여 형성된 공중합체 패턴 구조물을 포함함,
    - 다음 각각을 최소 한 번 적용하는 단계
    o 박리 기체를 포함하는 기체로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제1 플라스마 식각(14),
    o 제1 고분자 성분을 선택적으로 제거하기 위하여 순수한 비활성 기체 또는 비활성 기체의 혼합물로부터 형성된 플라스마를 이용하는 상기 자기-조직화 블록-공중합체 레이어의 제2 플라스마 식각(16).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 플라스마 식각(16) 적용은 제1 플라스마 식각 (14)의 플라스마 식각 스퍼터링 전력 이하의 플라스마 식각 스퍼터링 전력에서 수행되고 및/또는 상기 제2 플라스마 식각(16) 적용은 제1 플라스마 식각(14)의 플라스마 식각 기체 압력 이하의 플라스마 식각 기체 압력에서 수행되는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 박리 기체는 산소인 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 제1 플라스마 식각(14) 단계는 제2 플라스마 식각(16) 단계의 적용 전에 최소 한 번 적용 되는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 제2 플라스마 식각(16) 단계는 제1 플라스마 식각(14) 단계의 적용 전에 최소 한 번 적용되는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 플라스마 식각 (14) 및 상기 제2 플라스마 식각 (16) 수행은 상기 제1 플라스마 식각 (14) 및 상기 제2 플라스마 식각 (16)을 최소 한 번 교대로 반복하는 것을 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 순수한 비활성 기체는 아르곤인 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레이어의 제1 플라스마 식각(16) 수행은 아르곤-산소 기체 혼합물로부터 형성된 플라스마를 이용하는 것을 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판에 프리-마스크 패턴을 제공(18)하는 것을 추가로 포함하고, 상기 프리-마스크 패턴은 상기 공중합체 패턴 구조물 정렬을 위한 복수의 가이드(guide)를 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 공중합체 패턴 구조물은 블록 공중합체 레이어의 어닐링(annealing)에 의하여 형성되는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 블록-공중합체는 서로 공유적으로 결합된 두 유형의 고분자 사슬을 포함하는 디-블록 공중합체를 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 디-블록 공중합체는 폴리스티렌-폴리이소부텐, 폴리스티렌-이소프렌, 폴리디메틸실록산-폴리이소부텐, 폴리스티렌-폴리에틸렌 옥사이드, 폴리스티렌-폴리프로필렌 옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-폴리(시아노바이페닐옥시)헥실 메타크릴레이트, 폴리스티렌-폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리스티렌-폴리메타크릴산, 폴리에틸렌 옥사이드-폴리비닐피리딘, 폴리스티렌-폴리비닐피리딘, 또는 폴리이소프렌-폴리하이드록시스티렌을 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 블록 공중합체는 두 유형의 고분자 사슬 A, B가 A-B-A 형태로 결합되거나 세 유형의 고분자 사슬 A, B, C가 A-B-C 형태로 결합된 트리블록 공중합체를 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서, 레지스트 마스크로서 블록 공중합체 레이어로부터 상기 제1 고분자 성분을 식각한 후 남아 있는 고분자 성분 또는 성분들을 이용하여 기판을 식각하는 단계를 또한 포함하는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법.
  15. 기판을 제공하는 단계 및
    제 1항에 따르는 블록-공중합체 리소그래피를 위한 방법을 사용하여 상기 기판 상에 고분자 패턴 구조물을 형성하는 단계
    를 포함하는, 부분적으로 제작된 집적 회로를 제조하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 고분자 패턴 구조물의 고분자 패턴은 50nm 미만의 하프 피치(half pitch)를 가지는 방법.
KR1020130117961A 2012-10-02 2013-10-02 블록-공중합체의 식각 KR102071725B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12187058.8 2012-10-02
EP12187058.8A EP2717296B1 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Etching of block-copolymers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140043694A KR20140043694A (ko) 2014-04-10
KR102071725B1 true KR102071725B1 (ko) 2020-03-02

Family

ID=47296918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130117961A KR102071725B1 (ko) 2012-10-02 2013-10-02 블록-공중합체의 식각

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9023733B2 (ko)
EP (1) EP2717296B1 (ko)
JP (1) JP6190212B2 (ko)
KR (1) KR102071725B1 (ko)
TW (1) TWI588891B (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9050621B2 (en) * 2013-01-24 2015-06-09 Corning Incorporated Surface nanofabrication methods using self-assembled polymer nanomasks
US9666447B2 (en) * 2014-10-28 2017-05-30 Tokyo Electron Limited Method for selectivity enhancement during dry plasma etching
JP2016111115A (ja) * 2014-12-04 2016-06-20 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム
EP3062334B1 (en) 2015-02-27 2020-08-05 IMEC vzw Method for patterning an underlying layer
US9646883B2 (en) 2015-06-12 2017-05-09 International Business Machines Corporation Chemoepitaxy etch trim using a self aligned hard mask for metal line to via
FR3041119B1 (fr) * 2015-09-11 2017-09-29 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure selective d’un copolymere a blocs
US9978563B2 (en) 2016-01-27 2018-05-22 Tokyo Electron Limited Plasma treatment method to meet line edge roughness and other integration objectives
US9768059B1 (en) 2016-04-07 2017-09-19 International Business Machines Corporation High-chi block copolymers for interconnect structures by directed self-assembly
CN108231984A (zh) * 2018-01-31 2018-06-29 华南理工大学 一种相分离手段实现的钙钛矿图案化膜片及其制作方法
WO2020040178A1 (ja) * 2018-08-23 2020-02-27 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び基板処理システム
JPWO2020161879A1 (ja) * 2019-02-08 2021-02-18 株式会社日立ハイテク ドライエッチング方法及びドライエッチング装置
KR20220125776A (ko) 2021-03-07 2022-09-14 오영운 돼지갈비 포의 가공 및 분류방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011228713A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives ２つの自己整合型独立ゲートを有するメモリの製作
JP2012178428A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Toshiba Corp パターンデータ生成装置、パターンデータ生成方法、及びパターン形成方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4077312B2 (ja) * 2001-12-28 2008-04-16 株式会社東芝 発光素子の製造方法および発光素子
TW576864B (en) * 2001-12-28 2004-02-21 Toshiba Corp Method for manufacturing a light-emitting device
US7449414B2 (en) * 2006-08-07 2008-11-11 Tokyo Electron Limited Method of treating a mask layer prior to performing an etching process
WO2010096363A2 (en) 2009-02-19 2010-08-26 Arkema Inc. Nanofabrication method
JP5300799B2 (ja) * 2010-07-28 2013-09-25 株式会社東芝 パターン形成方法及びポリマーアロイ下地材料
US8382997B2 (en) * 2010-08-16 2013-02-26 Tokyo Electron Limited Method for high aspect ratio patterning in a spin-on layer
WO2012031818A2 (en) 2010-09-09 2012-03-15 Asml Netherlands B.V. Lithography using self-assembled polymers
JP6035017B2 (ja) * 2010-10-04 2016-11-30 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ エルエルシーＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＬＣ 下層組成物および下層を像形成する方法
US8551877B2 (en) * 2012-03-07 2013-10-08 Tokyo Electron Limited Sidewall and chamfer protection during hard mask removal for interconnect patterning

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011228713A (ja) * 2010-04-22 2011-11-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives ２つの自己整合型独立ゲートを有するメモリの製作
JP2012178428A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Toshiba Corp パターンデータ生成装置、パターンデータ生成方法、及びパターン形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20140091435A1 (en) 2014-04-03
TW201417176A (zh) 2014-05-01
TWI588891B (zh) 2017-06-21
JP2014075578A (ja) 2014-04-24
KR20140043694A (ko) 2014-04-10
EP2717296B1 (en) 2016-08-31
EP2717296A1 (en) 2014-04-09
US9023733B2 (en) 2015-05-05
JP6190212B2 (ja) 2017-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102071725B1 (ko) 블록-공중합체의 식각
EP2733533B1 (en) Etching method using block-copolymers
US10059820B2 (en) Hybrid topographical and chemical pre-patterns for directed self-assembly of block copolymers
US9626996B2 (en) Block copolymer self-assembly for pattern density multiplication and rectification
JP6139011B2 (ja) 誘導自己組織化用途における中立層オーバーコートのトポグラフィの最小化
US8349203B2 (en) Method of forming self-assembled patterns using block copolymers, and articles thereof
KR101740276B1 (ko) 블럭 코폴리머 특성을 제어하는 방법 및 이로부터 제조된 제품
JP2015520510A (ja) ブロックコポリマーを用いたパターンの形成および物品
US9279191B2 (en) Pattern forming method
US9040123B2 (en) Pattern formation method
WO2015034690A1 (en) Uv-assisted stripping of hardened photoresist to create chemical templates for directed self-assembly
SG185804A1 (en) Methods of forming patterns on substrates
TW201219968A (en) Lithography using self-assembled polymers
US9458531B2 (en) Method for directed self-assembly (DSA) of block copolymers using guiding line sidewalls
KR102160791B1 (ko) 블록 공중합체 및 이를 사용한 패턴 형성 방법
KR20140103570A (ko) 블록 코폴리머 층의 패턴 형성 방법 및 패턴화된 폴리머 구조물
US9431219B1 (en) Method for making guiding lines with oxidized sidewalls for use in directed self-assembly (DSA) of block copolymers

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant